一种宽谱带闪烁体及其X射线成像应用

一种宽谱带闪烁体及其x射线成像应用
1.本发明属于闪烁晶体领域，涉及一种高效宽谱带纳米晶闪烁体。


背景技术：

2.x射线又称伦琴射线，具有穿透物质的本领，能够激发一些物质产生荧光，这类物质被称为闪烁体，能够用于x射线成像，在医疗、安检、工业探伤、无损检测等领域中得到了广泛的应用。x射线医学成像受益于其穿透性、荧光效应和摄影效应，以及人体组织存在密度和厚度的区别。x射线穿透低密度组织时，被吸收少，剩余x线多，使x线胶片感光多，荧光屏上非常明亮，而高密度组织与之相反。
3.常见商用闪烁体，比如csi:tl(54000ph/mev),gd2o2s:tb(35000ph/mev)与gd3(al,ga)5o
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:ce(70000ph/mev)，受基质固有晶体结构的限制，它们的光产额难以大幅提高，不能实现高灵敏度低剂量x射线探测，而且闪烁体的大厚度使x射线成像分辨率受到光学串扰的限制；此外，在制备工艺上，多采用czochralski法在1700℃以上的温度生长，条件苛刻，生产成本昂贵。无机纳米晶闪烁体通常采用温和的湿化学法制备，生产成本低，而且纳米晶能够以薄膜的形式急剧缩小闪烁体厚度，抑制光学串扰。但是目前使用的纳米晶，比如卤素钙钛矿量子点与稀土掺杂氟化物体系，它们发光谱线窄，整体积分强度低，严重影响了x射线成像效果，特别是低闪烁体强度往往需要高辐射剂量才能获得高质量的图像。
4.为了解决这一难题，本发明以lu2o2s纳米晶为基质，通过掺杂k
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，实现了宽谱带闪烁发光，整体积分强度得到了大幅提高，能够用于低剂量x射线成像，在生物医学领域具有很好地应用前景。


技术实现要素：

5.本发明公开一种宽谱带闪烁体，首先采用热分解法制备lu2o3：k
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，再通过硫化路线获得lu2o2s：k
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纳米晶，实现宽谱带闪烁发光。
6.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
7.一种宽谱带闪烁体的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)按照摩尔百分比将2毫摩尔三氟乙酸镥，0.1-0.3毫摩尔乙酸钾，0.05-0.2毫摩尔乙酸铕，加入到含有1-2毫升油酸、10-15毫升油胺与2-4毫升十八烯的混合液中，在氮气的保护条件下，在110℃的温度下保温1小时得到无水的透明溶液；(2)迅速升温到300-330℃，并在此温度下保温80-120分钟，自然冷却到室温后用乙醇和环己烷混合液洗涤，烘干后得到粉末状纳米晶；(3)将粉末状纳米晶在1-2毫升稀盐酸中超声1-2小时，然后用乙醇和环己烷混合液洗涤，烘干后得到粉末状纳米晶；(4)将上述粉末状纳米晶与5-10毫摩尔硫粉混合搅拌均匀后，在氮气混合气条件下，在700-800摄氏度反应3-5小时，得到最终lu2o2s：k
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纳米晶产物。
9.x射线成像方法：将lu2o2s：k
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纳米晶与聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)混合制备成透明薄膜，x射线透过芯片后，激发薄膜，由cmos相机记录照片。
10.采用上述技术方案获得的一种宽谱带闪烁体，化学式为lu2o2s：k
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。创新
之处有：其一，在lu2o3基质中，采用热分解法将三价eu
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部分还原成eu
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；其二，通过掺杂k
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离子增强纳米晶的晶体场强度，提高eu
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在紫外激发条件下的发光性能；其三，先去除纳米晶表面油酸与油胺配体后，通过硫化技术路线获得lu2o2s：k
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纳米晶，能够实现x射线激发条件下宽谱带闪烁发光。本发明所得产物在低剂量x射线成像领域具有很好的应用前景。
附图说明
11.图1：实施例中lu2o3：k
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纳米晶的x射线衍射图
12.图2：实施例中lu2o3：k
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纳米晶在紫外激发条件下的光谱图
13.图3：实施例lu2o2s：k
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纳米晶的x射线衍射图
14.图4：实施例lu2o2s：k
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纳米晶在x射线激发条件下的光谱图
15.图5：实施例lu2o2s：k
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纳米晶中eu
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掺杂浓度与闪烁强度的关系曲线图
16.图6：实施例lu2o2s：k
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纳米晶的x射线成像图
17.图7：对比例lu2o2s：eu
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纳米晶在x射线激发条件下的光谱图
18.图8：对比例lu2o2s：k
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纳米晶在x射线激发条件下的光谱图
具体实施方式
19.下面结合图1-8对本专利做进一步的说明。
20.实施例
21.一种宽谱带闪烁体，化学式是lu2o2s：k
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。
22.lu2o2s：k
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的制备方法依次包括如下步骤：(1)将2毫摩尔三氟乙酸镥，0.1毫摩尔乙酸钾，0.2毫摩尔乙酸铕，加入到含有2毫升油酸、10毫升油胺与4毫升十八烯的混合液中，在氮气的保护条件下，在110℃的温度下保温1小时得到无水的透明溶液；(2)迅速升温到320℃，并在此温度下保温80-120分钟，自然冷却到室温后用乙醇和环己烷混合液洗涤，烘干后得到粉末状纳米晶；(3)将粉末状纳米晶在2毫升稀盐酸中超声1小时，然后用乙醇和环己烷混合液洗涤，烘干后得到粉末状纳米晶；(4)将上述粉末状纳米晶与7毫摩尔硫粉混合搅拌均匀后，在氮气混合气条件下，在700摄氏度反应3小时，得到最终lu2o2s：k
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纳米晶产物。
23.按上述方法制得的lu2o2s：k
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纳米晶，粉末x射线衍射分析表明所合成的lu2o3产物为纯立方相(图1)，在紫外激发条件下，纳米晶同时包含eu
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与eu
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的特征跃迁谱线，分别对应于5d-4f与4f-4f的跃迁(图2)；经硫化处理后，粉末x射线衍射分析表明所合成的产物为lu2o2s基质体系(图3)。在x射线激发条件下，纳米晶表现出eu
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与eu
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的特征跃迁谱线，与紫外激发光谱相比，发光强度得到了显著提升(图4)，这主要是由于硫氧化物的声子能量低于氧化物，有利于降低激活离子的无辐射弛豫几率；如图5所示，随着eu
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离子掺杂浓度从1逐渐增加到6％(摩尔百分比)，发光强度增强了约5.7倍，主要是源于提高了二次电子到eu
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离子的能量传递效率，但是eu
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离子掺杂浓度超过6％，其发光强度开始减弱。如图6所示，将这种纳米晶制备成薄膜，能够在20μgy*s-1
辐照条件下得到高质量的清晰照片。
24.本发明的特殊之处在于，首先在lu2o3基质中将三价eu
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部分还原成eu
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，再通过硫
化技术路线获得lu2o2s：k
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纳米晶，需要说明的是现有制备方法，难以直接在lu2o2s基质中将三价eu
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部分还原成eu
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；其次，通过掺杂k
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离子增强纳米晶的晶体场强度，提高eu
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在紫外激发条件下的发光性能，最后促进其在lu2o2s纳米晶中的宽谱带闪烁发光；由于谱带闪烁发光的整体积分强度高，所得产物能够在低剂量x射线辐照条件下看清芯片内部的线路分布，在低剂量x成像领域具有很好的应用前景。
25.对比例1
26.对比例lu2o2s：eu
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纳米晶与实施例lu2o2s：k
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纳米晶的制备方法区别之处，在于对比例原料中无乙酸钾。
27.按上述方法制备的lu2o2s：eu
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纳米晶，在x射线激发条件下，纳米晶虽然表现出eu
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离子的特征跃迁(图7)，其整体积分强度明显低于实施例。这说明原料中加入乙酸钾，使得基质中掺杂有k
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，能够大幅提高eu
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离子的闪烁发光。
28.对比例2
29.对比例lu2o2s：k
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纳米晶的制备方法与实施例的区别在于，原料没有油胺，产物中无eu
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。
30.按上述方法制备的lu2o2s：k
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纳米晶，在x射线激发条件下，纳米晶表现出eu
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离子的特征跃迁(图8)，谱线很窄，且整体积分强度明显低于实施例。这说明原料中的油胺能够促进eu
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被还原成eu
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，从而得到宽谱带的发光，且能够促进纳米晶的生长，提高闪烁发光强度。